破壞失效的案例
巖石內部水力壓裂破壞失效仿真分析
圖2嵌入cohesive單元命令
5結果
5.1損傷單元動態分布云圖
6結論
應用cohesive單元可以很好地模擬巖土類內部單元損傷破壞的現象，相對于試驗，其簡單的仿真操作步驟極大降低了時間、經濟成本，能夠知道巖土內部破壞的參數優化及損傷預測。
參考文獻
[1]江丙云.ABAQUS分析之美[M].北京：人民郵電出版社，2021.
焊點失效的熱振耦合疲勞仿真分析
△圖2：影響微電子封裝可靠性的主要因素
4、 焊點失效的四種模式：
4.1 熱交變應力破壞失效
? 溫度變化
? 材料蠕變損傷
? 變形與裂紋擴展
4.2 疲勞破壞失效
?由振動載荷引起的高周疲勞失效
4.3 化學因素腐蝕破壞失效
? 水分、氧氣其他離子
? 化學反應腐蝕
? 粘結強度等機械性能降低
4.4 動態機械載荷破壞失效
? 跌落、沖擊和振動
? 開裂、脆裂等損傷
研究內容
△圖3：焊點熱耦合疲勞仿真分析內容
1、基本力學參數的獲取
? 調研焊點、焊腳的材料屬性
? 試驗獲取引腳、錫焊、錫焊界面（金屬化合物）的力學性能參數
? 擬合界面相（金屬化合物）材料的本構關系
2、疲勞數據庫的建立
? 通過疲勞試驗建立材料、界面相的疲勞特性曲線
? 建立單個焊點的有限元分析模型
? 加載循環載荷預測焊點的疲勞壽命與失效位置
? 通過與實驗比較，對有限元分析模型進行驗證
△圖4：不同封裝結構下無鉛SAC305焊點的S-N曲線
3、整機仿真模型
一般而言，在有限元模態分析中，系統的固有頻率會隨著網格密度的增加而降低至一個穩定的收斂值，為了找到合適的網格劃分密度，需要對其進行網格收斂性檢查。振動試驗載荷一般有正弦、窄帶隨機和寬帶隨機三種，PCB邊界條件有四角四點固支，端部四點固支，六點固支，中間四點固支以及中間兩點固支。
3.1 有限元模型建模
△圖5：焊點有限元建模
3.2 組件中各層材料參數設置
考慮到振動過程中焊點發生的一般是彈性形變，無需考慮材料的蠕變參數，各組分材料從上往下依次按照模塑料、封裝基板、Cu焊盤(Cu)、焊球(SAC305)、PCB板(FR-4)賦予。
展開 基于ABAQUS的金屬管高速碰撞的動力學仿真分析
圖中進一步發現接觸中心點處最容易出現金屬管的破壞失效，而沿接觸中心往外，應力逐漸擴散開來，邊緣處幾乎不會發生金屬管的破壞。
圖4金屬管的PEEQ、mises應力云圖（A）PEEQ云圖（B）mises應力云圖
4.3能量曲線
從能量的角度對物體的變形甚至失效行為進行深入分析是仿真相比試驗的最大優勢之處。本案例同樣可以通過提取金屬管碰撞過程中的動能、內能以及系統總能量的變化來理解整個高速碰撞過程。碰撞過程中的能量及能量比變化曲線如圖5所示，其中圖5a1表示能量變化曲線，圖5a2表示能量比變化曲線。圖中發現，在整個碰撞過程中，內能是處于不斷增加直至平衡不變的狀態，與之相反，動能逐漸減小直至穩定在0附近左右，此時碰撞結束，兩金屬管相對靜止，不在有相對位移的變化，而總的能量是緩慢上升的，這是因為整個碰撞過程中，模型有額外的能量輸出，也就是定義了旋轉角速度帶來的動能。另外從圖5a2可以看出，能量比尖峰出現在25μs左右，表明此時金屬管出現大的破壞失效，之后曲線開始急劇下降，說明金屬管在接觸后發生的失效帶走了大部分的動能，之后曲線緩慢上升趨于平緩，維持在5J左右。這是由于兩者處于相對靜止，動能降為零導致的。
圖5能量及能量比變化曲線a1能量變化曲線a2能量比變化曲線
5總結
基于ABAQUS仿真平臺，通過顯示動力學模塊進行對稱金屬管的動力學仿真分析并通過應力應變云圖、金屬管變形情況以及能量曲線分析方式對諸如工程中的碰撞及跌落問題有了一定的認知，本案例能夠為工業生產過程中的碰撞及從產品跌落提供一定的參考意義。
展開 有限元+虛擬現實 | 河源東江大橋垮塌模擬的高真實感展示
這是因為利用有限元方法模擬橋梁倒塌過程，往往需要通過“單元生死”算法將破壞嚴重的單元殺死，來模擬倒塌過程中結構破壞的過程。這個方法雖然比較簡便易行，但是大量單元失效退出工作必然會導致模擬過程的真實感降低。如此一來，圖2的模擬結果肯定不能很好的滿足橋梁事故調查的需要，所以我們還需要設法模擬倒塌碎片的運動，有效提高橋梁倒塌過程模擬的真實感。
6、7年前，我們提出可以利用基于GPU計算和物理引擎的離散體模擬方法來模擬碎片運動，從而提升橋梁倒塌過程的真實感。具體實現手段是當橋梁構件破壞失效后，將破壞失效的構件有限單元轉化成非連續碎塊模型（圖3）。然后利用基于GPU計算和物理引擎的離散體模擬方法來模擬碎片的運動過程。
(a) 倒塌碎片的理論原理
(b) 無倒塌碎片模擬效果
(c) 包括倒塌碎片模擬效果
圖3 橋梁倒塌過程中殺死單元轉化成碎塊模型
在碎片的運動過程中，需要深入考慮碎片和原結構、其他碎片，以及地面之間相互接觸行為的模擬方法。并通過碎片的聚類算法進一步提高模擬效率。從而實現結構-碎片運動過程的高效、真實感模擬。
利用上述技術，我們對東江大橋的倒塌過程進行了可視化（圖4），相比于有限元軟件模擬結果（圖2），真實感得到了大幅提升。
(a) GIF動畫
圖4 包括倒塌碎片特效的模擬結果
此外，橋梁倒塌過程的高真實感展示還可以進一步結合虛擬現實（VR）（圖5），實現倒塌模擬場景內部的實時漫游，對倒塌全過程進行多角度觀察。
展開 
在DYNA3D中應用用戶自定義材料－－－白金澤
www.simwe.com)z,pE+K;t
N
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IFAIL： 破壞失效標志，容許單元根據材料的破壞失效準則判斷是否破壞。
如果IORTHO=1（各項異性材料），則需要定義下面兩個卡 SimWe仿真論壇8l9qKo7g8s
card3: 仿真分析,有限元,模擬,計算,力學,航空,航天,ANSYS,MSC,ABAQUS,ALGOR,Adina,COMSOL,FEMLAB,Matlab,Fluent,CFD,CAE,CAD,CAML4V i*REn t
Variable AOPT MAXC XP YP ZP A1 A2 A3
Type F F F F F F F F
Card4:
Variable V1 V2 V3 D1 D2 D3
Type F F F F F F www.simwe.com`6R0@ ZA `x
AOPT： 材料軸選項。
=0.0 ，對由單元節點定義的材料軸局部異性。單元的1、2 、4節點等于由DEFINE_COORDINATE_NODES定義的坐標系中的節點。
=1.0，對由空白點和單元中心的總體坐標系下的位置定義的材料軸局部異性，這是一個方向。
=2.0 對由下面定義的向量確定的材料軸全局異性，參見DEFINE_COORDINATE_VECTOR。 |Simwe.com|仿真|設計|有限元|虛擬儀器N_
n-y4q(F1w
=3.0 僅用于殼單元。此選項確定了由平移材料軸產生的材料軸的局部異性，材料軸是由一條直線描述的角度確定的，這條直線在用殼的法矢量定義的矢量和下面定義矢量V的叉乘確定的殼的平面上。
展開 使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規范計算換熱器流體誘發振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結果
流體誘發振動問題是曾在上個世紀40年代引起了廣泛的關注與深入的研究
一般來說是因為高速氣流沖刷某結構（如換熱器的換熱管）因誘發周期性脫離的卡門渦街引發的周期性激勵力與結構耦合所引發的 過大的耦合效應會使得結構發生振動、疲勞甚至破壞失效
本文所涉及的設備為擴展表面式管翅式熱交換器 其常規的迎面風速為2M/S左右 一般不用校核流體誘發振動問題 本設計的迎面風速為4.7米/S 筆者使用最新版GB 151-2014《熱交換器》附錄C 流體誘振動部分的算法經過校核后發現 原設計不合格 規范中規定的4個失效條件有3個滿足 必須更改結構 經修改 滿足了要求 結構是安全的 最后還使用Ansys 16.2的模態分析模塊校核了換熱管的固有頻率 以驗證手工計算結果
使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規范計算換熱器流體誘發振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結果.pdf
展開 強度與硬度的關系
也就是說，強度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標。強度是機械零部件首先應滿足的基本要求。機械零件的強度一般可以分為靜強度、疲勞強度（彎曲疲勞和接觸疲勞等）、斷裂強度、沖擊強度、高溫和低溫強度、在腐蝕條件下的強度和蠕變、膠合強度等項目。強度的試驗研究是綜合性的研究，主要是通過其應力狀態來研究零部件的受力狀況以及預測破壞失效的條件和時機。
硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要的性能指標，它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘余變形和反破壞的能力。硬度不是一個簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學性能的綜合指標。
定義中沒有明確提出條件，可以認為會是一樣的
硬度和強度換算既然都有表，那么說明這個東西是經過很多實驗驗證過的，從概率上講，基本可以認為是百分之百。
展開 載能電刀仿生防粘表面技術
但兩種途徑均存在一些不足，防粘效果尚未達到微創手術的技術要求，如合金涂層可靠性差易剝落，且僅依靠涂層防粘能力有限；聚合物涂層高溫易分解會釋放有害物質；器械表面微納結構防粘能力有限，且強度不足易破壞失效。因此，為解決載能電刀粘刀，迫切需要探索新的防粘措施。
自然界動植物經數億萬年優勝劣汰，在適應多樣生存環境過程中逐漸進化形成了許多特異結構和優異表面功能機制，為仿生設計超滑防粘表面提供豐富樣本庫，如豬籠草口緣超濕滑防粘現象等。北京航空航天大學的劉光、張鵬飛、陳華偉以及吉林大學的韓志武、北京航空航天大學的張德遠在《載能電刀仿生防粘表面技術》一文中，通過揭示豬籠草表面防粘的原理、機制，并將其應用到載能手術器械中，提出載能手術刀仿生設計新理論，探索建立仿生防粘表面制備技術體系，為解決載能手術器械軟組織防粘提供新思路。
來源：機械工程學報
展開 剛度、強度、硬度三者在沖壓加工中的概念與區別
也就是說，強度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標。強度是機械零部件首先應滿足的基本要求。機械零件的強度一般可以分為靜強度、疲勞強度（彎曲疲勞和接觸疲勞等）、斷裂強度、沖擊強度、高溫和低溫強度、在腐蝕條件下的強度和蠕變、膠合強度等項目。強度的試驗研究是綜合性的研究，主要是通過其應力狀態來研究零部件的受力狀況以及預測破壞失效的條件和時機。
材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。試驗鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在沖壓件邊緣上銼擦,由其表面所呈現的擦痕深淺以判定其硬度的高低。這種方法稱為銼試法這種方法不太科學。用硬度試驗機來試驗比較準確,是現代試驗硬度常用的方法。常用的硬度測定方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等測試方法
硬度是衡量沖壓件材料軟硬程度的一項重要的性能指標，它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘余變形和反破壞的能力。硬度不是一個簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學性能的綜合指標。硬度試驗根據其測試方法的不同可分為靜壓法（如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等）、劃痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及顯微硬度、高溫硬度等多種方法。
沖壓材料在受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛度。剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。零件的剛度（或稱剛性）常用單位變形所需的了或力矩來表示，剛度的大小取決于零件的幾何形狀和材料種類（即材料的彈性模量）。剛度要求對于某些彈性變形量超過一定數值后，會影響機器工作質量的零件尤為重要，如機床的主軸、導軌、絲杠等。
展開 ANSYS顯示動力學分析實例
在仿真過程中遇到瞬態大變形，材料破壞失效等情況下可以借助ANSYS 的顯示動力學分析來解決。ANSYS顯示動力學模塊包括三種：Explicit Dynamics、ANSYS AUTODYN、ANSYS LS-DYNA。
本期通過一個實例來簡單介紹下這三個模塊的具體操作。
實例問題描述：一個金屬圓柱體快速穿透金屬板。求解穿透過程中的最大應力和穿透方向的變形。通過用不同仿真模塊計算并比較仿真結果。
分析流程圖如下。其中A、B、C分別對應上面提到的三個模塊。 這三個模塊建立了數據共享，可避免重復的前處理操作，便于提高仿真效率。
分析樹如下：
1.Explicit Dynamics
材料添加和幾何建模略過...
加載情況：固定約束金屬板八條邊、金屬圓柱體運動速度300m/s。
注意分析設置Analysis setting 中的最大循環次數Maximum number of cycle和結束時間End Time應設置合理，不宜過大。過大容易導致計算時間過長。
等效應力和變形求解結果如下圖：
最大等效應力為4.9e8，Z軸方向的最大變形為20.52m。
2.AUTODYN
ANSYS AUTODYN軟件它有不同于Explicit Dynamics的交互式圖形界面。如下圖所示主界面。
在AUTODYN軟件中不需要再做其他前處理了！因為已經和Explicit Dynamics建立數據共享，只需要你輕輕點擊RUN即可！這就是流程式分析的優點，大大的減少了工作量。
下面是后處理：求取應力數據。按照圖中步驟1.選擇繪制云圖類型contour 2.調出繪圖變量contour variable 對話框 3.點擊對于變量 4.勾選。求取變形云圖同理。
展開 ANSYS復合材料仿真分析及其在航空領域的應用
完成分析后，可以圖形顯示或輸出每個鋪層及層間的應力和應變等結果（雖然一個單元包含許多鋪層），根據這些結果可以判斷結構是否失效破壞和滿足設計要求。
6.復合材料失效準則ANSYS已經預定義了三種復合材料破壞準則來評價復合材料結構安全性，包括最大應變/應力失效準則，蔡－吳（Tsai-Wu）準則。每種強度準則均可定義與溫度相關，考慮不同溫度下的材料性能。另外，用戶也可自定義最多達六種的失效準則，對特殊復合材料進行失效判斷。
7.復合材料結構層間剪切應力：復合材料層合結構的層間剪切應力，幾乎完全依靠層間界面的樹脂基體承載，很容易導致層合結構的分層破壞，是整個結構的薄弱環節。通常的有限元分析依據經典的層合板理論，各鋪層按平面應力狀態計算，不考慮層間應力，不夠精確。ANSYS可以利用各鋪層單元在厚度方向上的疊加來模擬層合結構，彌補了經典理論的不足，可以精確地求解層間應力。
8.復合材料結構熱應力分析：復合材料熱膨脹系數的各向異性和鋪層方向的不對稱造成的耦合效應，使復合材料結構即使均勻升溫也會在結構內部產生熱應力。復合材料這一特性與普通均勻材料大為不同，因此復合材料結構的熱應力分析必須引起重視。
ANSYS的結構－熱耦合分析，可以對復合材料在熱環境下的熱膨脹應力、結構固化成形過程中100℃～200℃的溫差而引起的結構固化變形和殘余應力進行分析。
ANSYS程序中的材料性質、強度準則均可以定義為隨溫度變化，以此來引入溫度變化對結構物理性能的影響。
三.復合材料結構屈曲失穩實例
1.工程背景：飛機的復合材料結構中，板加筋結構形式最為常見，如壁板、隔框、翼盒等。通常，飛機的復合材料加筋板的厚度較薄，因此結構分析不僅僅是判斷材料的失效破壞和層間剪切破壞，還應該關注結構是否屈曲失穩而破壞。
展開 
ALOF的技術優勢
ALOF的主要功能和特色為：
⑴ 方便快捷地模擬含裂紋或缺陷體的失效破壞過程，評估裂紋的安全性與結構的可靠性。建立CAE模型的時可不預設裂紋形狀，裂紋擴展過程無需人工干預；為提高分析精度，可以在裂紋附近進行高效的分層加密。
⑵ ALOF擁有友好的用戶交互界面，用戶可以在交互界面上建立CAE網格模型，定義材料和荷載以及選擇多種裂紋求解算法。ALOF可以根據分析結果自動生成失效或破壞過程的動畫，并快捷生成用戶所需要的失效分析報告。
ALOF采用了以下兩個關鍵技術解決失效過程模擬：
⑴ XFEM-擴展有限單元法
1994年美國西北大學Belytshcko教授提出的無網格法給出了一種便捷模擬失效過程的途徑。1999年美國西北大學的Moes博士在在此基礎上提出了XFEM技術，這種技術兼具了傳統CAE方法的優勢和失效模擬的便捷性。隨后出現了XFEM研究熱潮，XFEM已趨向成熟，并成功在ABAQUS中應用。
圖. 裂紋尖端及路徑
XFEM實現了裂紋獨立于CAE網格模型，使得建立網格模型和裂紋擴展的過程中不需要考慮裂紋。
圖. XFEM的3D裂紋的模擬
⑵ 虛擬節點法
多邊形有限元法指CAE網格的形狀可以為任意多邊形。ALOF的開發人員開發了虛擬節點法，從而使得多邊形有限元技術發展并應用到了三維工程計算。利用虛擬節點法可以實現裂紋附近網格的自動分層加密，這種功能目前還沒有發現市場上的其他任何軟件擁有。
圖. 虛擬節點法模擬失效裂紋附近的分層加密
ALOF目前已完成基本功能與結構研發工作，具備二維和三維復雜結構的強度與裂紋失效破壞分析，下面給出ALOF計算的產品實例：
圖. ALOF建立百萬單元級網格模型
圖. ALOF建立裂紋和荷載模型 4
圖. ALOF在裂紋附近的職能分層加密
圖.
展開 淺談熱彈性力學 附彈性力學徐芝綸下載
熱應力問題在工程設計中非常關鍵，過大的熱應力可能導致結構破壞失效、開膠、脫焊等。
隨著計算機的發展和廣泛使用，熱應力的數值方法快速發展，特別是用有限元法在計算機上進行。應用有限元法時，需將構件離散化成為許多單元，從而使復雜形狀和非均質的構件的熱應力溫度場、熱變形等的計算成為可能。所以近年來有許多關于具體構件的熱應力有限元分析的論文發表。有限元計算的結果雖然有一定程度的近似性，但由于構件的形狀和物性系數的分布不受限制，因而更能滿足工程應用的需要，成為了解決工程問題的主要手段。
下載地址：彈性力學徐芝綸
技術研究 | 力學仿真分析的材料卡片你知道是怎么來的嗎？
為了使應變數據更為準確合理，需要對不同失效（彎曲或分層破壞等）位置的試樣選擇舍棄。
圖16試樣失效（彎曲）發生在中間且向后彎曲，此種失效方式DIC測出的應變數據最準確。圖17試樣失效（彎曲）發生在中間但向前彎曲，虛擬引伸計位置選擇不當會導致應變先增大后變小，與應變的單調增長/減小規律不相符。圖18試樣因分層破壞失效位置靠近夾具邊緣，所拍攝到的試樣表面會逐漸缺失，導致應變數據的缺失或者偏小。圖17和圖18失效模式的試樣數據應該舍棄。
2.3 穿孔試驗
主要測試表征材料的破壞力與破壞位移，一般無需DIC技術配合測試。測試速度3mm/min，根據需求選取不同直徑的壓頭測試，選擇合適的預應力，并在壓頭末端處貼特氟龍膠帶，以減小壓頭與試樣的摩擦力。測試結果曲線如圖19，可以測出材料的最大破壞力與最大力對應的破壞位移。
*國高材分析測試中心原創內容，轉載請注明出處。
展開 SimSolid 對地輥站鞍座結構極速優化
相比于地輥站框架尾端螺栓受到傾覆力造成結構破壞失效，地輥的連接位置應力集中更容易造成地輥斷裂破壞，所以以后應該調整優化方向，考慮加粗地輥連接處直徑，更換地輥的制造材料，提高地輥的剛度，這是通過軟件分析后發現的優化方向。得到一個結論：實際工程使用中產生的結構失效破壞具有不確定性，表現出失效的位置并不是軟件計算位置，所以實際使用經驗需要和理論測算結果相結合使用。
另外，本次案例的方案在公司工程機上及筆記本上分別運行，工程機屬于輪換使用時間十五年以上的老款臺式，系統配置win7，i3 2代處理器。在基于整體機構全部按照實際圖紙建模裝配，框架焊縫按照實際情況生成，鏈接精度高，分析對象符合實際情況下。運行案例時也只使用了58秒的時間進行求解，近一倍時間于優化案例所使用的設備，但依然可以迅速有效的得出結果，說明SimSolid對于設備配置要求十分優秀。
傳統CAE軟件如ansys，操作復雜，需要大量專業學習和經驗才能使用，特別是網格類型的選取，接觸鏈接方式和后處理方面設置非常復雜，入門門檻極高.而SimSolid則避免了這個問題，可以通過模型自動創建鏈接方式和焊縫，非常方便。并且與多種三維建模軟件適配，可以導入各種主流建模軟件的模型，面向初級工程師非常適用。
Simsolid基于其速度快，硬件要求不高的特點，使其不僅能作為一款專業的CAE分析軟件，讓廣大高級工程師接受，也同時滿非常適用與初步接觸有限元分析軟件，使用的設備較為一般的學生和老舊工程機。
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